DE2531907A1 - Solar energy collector with plastic water pipes - has single thin wall pipe coiled between inlet and outlet - Google Patents

Abstract

The collector consists of a box with an insulated base on which there is a network of pipes. Water circulates through these to be heated by the energy absorbed on the surface of the pipes. There is an air space in the box above the pipes and the top of the box is closed by a transparent window. The meandering network of pipes is made from a single coil of a plastic material which runs in a single length from the inlet to the outlet. The wall of the pipe has a thickness not exceeding 1 mm, as a result of which it can be bent and coiled to any form required without the use of joints between separate lengths of pipe.

Description

System zur Nutzung der Sonnenenergie Gegenstand der Erfindung ist eine besondere Ausgestaltung des Systems nach der Anmeldung P 25 10 321.3 (Hauptanmeldung). System for using solar energy is the subject of the invention a special design of the system according to application P 25 10 321.3 (main application).

Die Hauptanmeldung betrifft ein auf der Anwendung des bekannten 'TTreibhaus-Effektes" basierendes System zur Nutzung der Sonnenenergie. Kennzeichnende Merkmale sind Bauelemente ("Kollektoren"), die als ganz oder teilweise aus Kunststoff bzw. Kunststoffen herstellbare, vorzugsweise extrudierbare Profile konstruiert sind, wobei das Oberteil 2 aus einem in hohem Maße für Strahlung durchlässigen Material und das durch einen Zwischenraum 3 mit Seitenwänden voh dem Oberteil 2 getrennte Unterteil 1 aus einem Strahlung in hohem Maße absorbierenden Material besteht (Anspruch 1). -Die Bauelemente des Systems mit diesen Merkmalen können aus separat gefertigten, vorzugsweise extrudierten Kunststoff-Teilprofilen in fester oder lösbarer Verbindung bestehen (Anspruch 3). Zu den weiteren Merkmalen des Systems der Hauptanmeldung gehören nach der Beschreibung S.1 Einrichtungen, welche die durch Absorption der Strahlung entwickelte Wärme aus den Kollektoren abführen, und zwar vorzugsweise mit Luft oder Wasser durchströmte Kanäle oder Leitungen. Speziell nach Fig.3 der Hauptanmeldung können entsprechende Kollektoren als ko-extrudierte Kunststoff-Hohlprofile ausgeführt werden, deren Oberseite glasklar und deren Unterseite geschwärzt ist.The main application relates to an application of the well-known 'T greenhouse effect " based system for the use of solar energy. Characteristic features are components ("Collectors"), which can be produced in whole or in part from plastic or plastics, preferably extrudable profiles are constructed, the upper part 2 from a material that is highly permeable to radiation and that through a gap 3 with side walls from the upper part 2 separated lower part 1 from a radiation highly absorbent material consists (claim 1). -The components of the Systems with these features can be made from separately manufactured, preferably extruded Plastic partial profiles exist in a fixed or detachable connection (claim 3). Other features of the parent application system include, according to the description S.1 Devices that extract the heat generated by the absorption of radiation discharge the collector, preferably with air or water flowing through it Channels or pipes. Especially according to Figure 3 of the main application, corresponding Collectors are designed as co-extruded plastic hollow profiles, the top of which crystal clear and the underside is blackened.

Die Zusatz anmeldung betrifft a) eine besondere Ausgestaltung dieses Systems, nämlich nach dem Vorbild von Flächenheizungen mit in Bögen mäanderförmig oder spiralig verlaufenden Fluidkanälen bzw.The additional registration concerns a) a special arrangement of this System, namely based on the model of surface heating with meandering arcs or spiral fluid channels or

entsprechend verlegten Rohrleitungen und b) eine besondere Bemessung der Kanäle bzw. Leitungen im Hinblick auf den Wärmedurchgang unter Berücksichtigung der effektiv erforderlichen Betriebsdrücke.appropriately laid pipelines and b) a special dimensioning the ducts or lines with regard to the heat transfer taking into account the effectively required operating pressures.

Stand der Technik ist die Ausführung von Sonnenenergie-Kollektoren mit einer Vielzahl von geschwärzten Rohrleitungen, die unter einer Glasplatte oder Doppel-Glasplatte parallel zueinander angeordnet sind und deren Enden einzeln mit zwei Sammelleitungen für das Zu-und Abführen des die Wärme transportierenden Fluids verbunden sind.The state of the art is the construction of solar energy collectors with a multitude of blackened pipes running under a glass plate or Double glass plates are arranged parallel to each other and their ends individually with two collecting lines for the supply and discharge of the fluid that transports the heat are connected.

Ein Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß sie einen relativ großen Materialaufwand an sogenannten Fittings und einen entsprechend großen Zeitaufwand für den Einbau dieser Fittings erfordert. Im allgemeinen werden hierfür besondere Guß- bzw. Spritzgußteile vorgefertigt und an die freien Enden der Fluidkanäle geschweißt.A disadvantage of this arrangement is that it is relatively large amount of material for so-called fittings and a correspondingly large amount of time required for the installation of these fittings. In general, special ones are used for this Cast or injection molded parts are prefabricated and welded to the free ends of the fluid channels.

Stand der Technik ist ferner die relativ dickwandige Ausführung der Kunststoff-Rohrleitungen für das die Wärme transportierende Fluid. So werden in Sonnenenergie-Kollektoren beispielsweise Normrohre aus Polyäthylen oder Polypropylen installiert, deren Wanddicken mindestens 2 mm betragen. Der damit verbundene Material aufwand ist recht erheblich; außerdem können die relativ starren Rohre auf begrenzten Flächen (in der Größenordnung von einigen m2) praktisch nur geradlinig verlegt werden, selbst wenn eine andere Art der Verlegung als zweckmäßig erkannt worden wäre.State of the art is also the relatively thick-walled design of Plastic piping for the fluid that transports the heat. So in Solar energy collectors, for example, standard pipes made of polyethylene or polypropylene installed with a wall thickness of at least 2 mm. The related material effort is quite considerable; In addition, the relatively rigid pipes can be limited Areas (on the order of a few m2) are practically only laid in a straight line, even if another type of relocation would have been recognized as appropriate.

Offenbar beruhen die übliche Parallelanordnung einer Vielzahl von Einzelleitungen und deren dickwandige Ausführung auf einem Vorurteil, nämlich der Vorstellung, daß für den Betrieb von Sonnenenergie-Kollektoren mit Wasser aus den öffentlichen Leitungsnetzen ein Arbeitsdruck in der Größenordnung von etwa 2 bis 4 atü notwendig sei. Diese Vorstellung ist jedoch abwegig. Die für Kollektoren dieser Art in Betracht kommenden Durchflußleistungen betragen nicht mehr als 0,1 m3/h pro m2 Eollektorfläche; dafür ist in Jedem Falle, auch bei Leitungen relativ großer Länge mit Durchmessern in der Größenordnung von 10 mm, ein Arbeitsdruck von weniger als 0,1 atü außreichendt.Bei höheren Arbeitsdrücken und entsprechend größeren Durchflußleistungen sind die Temperaturen des erwärmten Wassers so niedrig, daß sie praktisch nur +) Eingangsdruck 0,1 atü, Ausgangsdruck 0 atfi.Apparently, the usual parallel arrangement is based on a large number of Individual lines and their thick-walled design based on a prejudice, namely the Notion that for the operation of solar energy collectors with water from the public pipeline networks a working pressure in the order of about 2 to 4 atü is necessary. However, this idea is absurd. The ones for collectors of this Flow rates under consideration are not more than 0.1 m3 / h per m2 collector surface; therefor is in any case, even with lines relatively larger Length with diameters on the order of 10 mm, a working pressure of less than 0.1 atmospheric pressure. At higher working pressures and correspondingly higher flow rates the temperatures of the heated water are so low that they practically only +) Inlet pressure 0.1 atü, outlet pressure 0 atfi.

mittels Wärmepumpen nutzbar gemacht werden können. Man würde mit höheren Durchflußleistungen also größere lslengen lauwarmes Wasser statt kleinere Mengen heißes, für die technische nutzung wertvolleres, Wasser gewinnen.can be made usable by means of heat pumps. One would with higher Flow rates therefore larger amounts of lukewarm water instead of smaller amounts obtain hot water, which is more valuable for technical use.

Es kommt hinzu, daß bei Wanddicken in der Größenordnung von mehreren Millimetern die für den Wärmedurchgang von außen nach innen maßgebenden Widerstandswerte s/" (s = Wanddicke, A = Wärmeleitfähigkeit des Wandmaterials) ein Mehrfaches der für den Wärmeübergang von der Innenwand an das strömende Fluid maßgebenden Widerstandswerte 1/cm ( a = Wärmeübergangszahl) betragen.In addition, with wall thicknesses of the order of several Millimeters are the decisive resistance values for heat transfer from the outside to the inside s / "(s = wall thickness, A = thermal conductivity of the wall material) a multiple of Resistance values decisive for the heat transfer from the inner wall to the flowing fluid 1 / cm (a = heat transfer coefficient).

Beispiel: cx = 200 kcal/m2 h K, A (Polypropylen) = 0,2 kcal/m h K und s = 0,002 m (2 mm) ergibt einen Wärmedurchgangswiderstand w = 1/200 + 0,002/0,2 = 0,005 + 0,010 = 0,015 m2hA/keal. Mit s = 0,0005 m (0,5 mm) dagegen ist w = 0,005 + 0,0025 = 0,0075 m²hK/kcal, also halb so groß wie bei der dickeren Wandung.Example: cx = 200 kcal / m2 h K, A (polypropylene) = 0.2 kcal / m h K and s = 0.002 m (2 mm) results in a heat transfer resistance w = 1/200 + 0.002 / 0.2 = 0.005 + 0.010 = 0.015 m2hA / keal. With s = 0.0005 m (0.5 mm), on the other hand, w = 0.005 + 0.0025 = 0.0075 m²hK / kcal, i.e. half the size of the thicker wall.

Tatsächlich konnten die spezifischen Vorteile der Kunststoffe -wie geringes Gewicht, Nicht-Korrosion, Nicht-Verkrustung durch "hartes" Wasser, Verarbeitbarkeit in durchgehend|schwarzer ebenso wie glasklarer Einstellung, einschließlich Ko-Extrusion von oben glas klaren und unten schwarz eingefärbten Hohlprofilen - bei Leitungen für Sonnenenergie-Kollektoren bisher nicht genutzt werden, da die Fehlbemessung der Wanddicken und die schlechte Wärmeleitfähigkeit der Kunststoffe einen günstigen thermischen Wirkungsgrad nicht erreichen ließen.Indeed, the specific advantages of plastics -like light weight, non-corrosion, non-incrustation due to "hard" water, processability in continuous black as well as crystal clear setting, including co-extrusion Clear hollow profiles from above and black colored hollow profiles below - for cables for solar energy collectors have not yet been used because of the incorrect dimensioning the wall thickness and the poor thermal conductivity of the plastics are favorable thermal efficiency could not be achieved.

Es sind zwar Sonnenenergie-Kollektoren bekannt, bei denen das die Wärme aufnehmende Wasser über schräg zur Horizontalen unter Glasplatten angeordnete Asbest-Wellplatten geleitet wird. Diese mit angemessen niedrigem Druck arbeitenden "offenen Gerinne" weisen aber den Nachteil auf, daß das zum Teil verdunstende der Wasser sich bei niedrigen Außentemperaturen an der Unterseitehfür den "Treibhaus-Effekt" notwendigen Glasplatten niederschlägt; sie kommen daher praktisch nur für dauernd warme Klimazonen in Betracht.There are solar energy collectors known where the Heat-absorbing water arranged obliquely to the horizontal under glass plates Corrugated asbestos sheets. Those working at reasonably low pressure However, "open channels" have the disadvantage that the partially evaporated Water on the underside at low outside temperatures for the "greenhouse effect" knocks down necessary glass plates; so they come in handy only considered for permanently warm climates.

Aus diesem Stand der Technik ergibt sich die erfinderische Aufgabestellung: Es sollen für das in der Hauptanmeldung beschriebene System zur Nutzung der Sonnenenergie Kollektoren in Form von Baueinheiten entwickelt werden, bei denen a) der Aufwand an Verbindungselementen und Einbauzeiten möglichst gering ist, während b) der thermische Wirkungsgrad einen Höchstwert erreicht.The inventive task arises from this prior art: It is intended for the system described in the main application for the use of solar energy Collectors are developed in the form of structural units, in which a) the effort connection elements and installation times are as short as possible, while b) the thermal Efficiency reached a maximum value.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß å ede der Kollektor-Baueinheiten nur mit ein oder zwei Leitungen bzw. Kanälen aus Kunststoff für das die Wärme transportierende Fluid ausgelegt ist, deren Länge nicht kleiner als die Umfangslänge der Einheitsfläche ist, und daß die Wanddicke dieser Leitungen bzw.The solution to the problem is that each of the collector units only with one or two pipes or ducts made of plastic for the heat transporting Fluid is designed, the length of which is not less than the circumferential length of the unit area and that the wall thickness of these lines or

Kanäle im Bereich des Wärmeüberganges von außen nach innen nicht mehr als 1 mm beträgt. Vorzugsweise wird die Kollektoren Baueinheit mit Rohrleitungen ausgestattet, deren Durchmesser nicht mehr als 20 mm und deren Wanddicke 0,5 bis 1 mm beträgt und die mäanderförmig oder spiralig in der Einheitsfläche verlegt sind. Außer Leitungen mit kreisförmigem Querschnitt können auch solche mit elliptischem oder rechteckigen Querschnitt oder anderen geometrisch einfachen Umrissen installiert werden. Die Wanddicke der Leitungen bzw. Kanäle für das die Wärme transportierende Fluid kann im ganzen Umfang denselben Wert wie im Bereich des Wärmeüberganges (obere Partie) haben, aber in den Seitenpartien und/oder in der Basisfläche auch größer sein.Channels in the area of heat transfer from the outside to the inside no longer exist than 1 mm. The collector is preferably a structural unit with pipelines equipped, whose diameter does not exceed 20 mm and whose wall thickness is 0.5 to 1 mm and which are laid in a meander shape or spiral in the unit area. In addition to lines with a circular cross-section, lines with an elliptical cross-section can also be used or rectangular cross-section or other geometrically simple outlines installed will. The wall thickness of the lines or channels for the heat transporting Fluid can have the same value over the entire range as in the area of heat transfer (upper Part), but also larger in the side parts and / or in the base area be.

Die Wand der Kunststoffleitungen bzw. -kanäle kann im ganzen Umfang geschwärzt bzw. durchgehend schwarz eingefärbt, aber auch teilweise oder im ganzen Umfang glasklar sein, wobei im Falle einer ringsum glasklaren Einstellung des Wandquerschnittes ein Schwarzanstrich der Basisfläche vorzusehen ist, der zweckmäßig auch noch die Seitenpartien ganz oder teilweise abdeckt.The wall of the plastic lines or ducts can be used to the full extent blackened or dyed black throughout, but also partially or entirely The circumference must be crystal-clear, with the case of an all-round crystal-clear setting of the wall cross-section a black coating of the base surface is to be provided, which is also expediently the Covering all or part of the sides.

Dabei hat ein Innenanstrich den Vorteil der besseren thermischen Wirksamkeit, während ein Außenanstrich die auslaugende und unter Umständen auflösende Wirkung des die Wärme transportierenden Fluids vermeidet. Statt des partiellen Schwarzanstrichs an der Außenseite der Leitungen bzw. Kanäle kann auch eine Unterlage, vorzugsweise eine Wärmedämmplatte, mit schwarzer Oberfläche vorgesehen werden. Bei den teilweise oder im ganzen Umfang glasklaren Kanälen bzw. Leitungen wird ein großer Teil der Strahlung schon vor Erreichen der Schwarz schicht unmittelbar durch das Fluid absorbiert und in Wärme umgewandelt. Die geringe Wanddicke der Kanäle bzw. Leitungen reduziert bei dieser Auslegung der Sonnenenergie-Eollektoren den Anteil der in den Wandungen selbst absorbierten Strahlung.An interior coating has the advantage of better thermal effectiveness, while an exterior paint has the leaching and possibly dissolving effect of the heat-transporting fluid avoids. Instead of the partial black coating A base, preferably a thermal insulation board with a black surface can be provided. With the partially or in the whole extent crystal clear channels or lines is a large part of the Radiation is absorbed directly by the fluid before it reaches the black layer and converted into heat. The small wall thickness of the ducts or lines is reduced With this design of the solar energy collectors, the proportion of in the walls self absorbed radiation.

In tropischen und subtropischen Klimazonen können Systeme nach der Erfindung für die direkte Erwärmung von Brauchwasser verwendet werden, siehe die Zusatzanmeldung P 25 25 723.2. Dagegen muß in Klimazonen mit zeitweiser oder dauernder Unterschreitung des Gefrierpunktes bei Verwendung von Wasser als wärmetransportierendes Fluid dieses mit einem Gefrierschutzmittel versetzt werden. Durch chemische Zusätze oder in anderer Weise präpariertes Wasser kann aber auch im Falle einer Ausführung der Kanäle bzw. Leitungen mit teilweise oder ringsum glasklarer Wand erforderlich sein, und zwar zur Vermeidung von Algenansatz unter der Wirkung des Sonnenlichts. In diesen Fällen kann die durch das Wasser transportierte Wärme nur mit Hilfe von Wärme aus tauschern an Brauchwasser übertragen oder mit Radiatoren für die Raumheizung nutzbar gemacht werden.In tropical and subtropical climates, systems according to the Invention can be used for the direct heating of domestic water, see the Additional registration P 25 25 723.2. In contrast, in climatic zones with temporary or permanent Falling below the freezing point when using water as a heat-transporting agent Fluid this can be mixed with an anti-freeze agent. With chemical additives or water prepared in another way can also be used in the case of execution of the ducts or lines with a partially or all-round clear wall is required to avoid algae build-up under the action of sunlight. In these cases, the heat transported by the water can only be achieved with the help of Transferring heat from exchangers to domestic water or using radiators for space heating can be made usable.

Die Abbildungen Fig.1 bis 5 zeigen als Ausführungsbeispiele Sonnenenergie-Kollektoren mit quadratischer Einheitsfläche (etwa 1 m x 1 m) in frontaler Ansicht (Draufsicht), und zwar Fig.1 und 2 mit ein- bzw. zweigängiger läanderförmiger Auslegung, dagegen Fig.3 und 4 mit spiraliger Auslegung der Rohrleitungen für das die Wärme transportierende Fluid. Bei dem Ausfuhrungsbeispiel nach Fig.5 sind statt der Rohrleitungen mäanderförmige Kanäle vorgesehen; zu diesem Zweck wurde die "Parallelschaltung" der Kanäle einer handelsüblichen Stegdoppelplatte (zum Beispiel aus Plexiglas) durch alternierendes Ausfräsen der Stegenden und Absperrung der Kanalende bis auf einen Zulauf und einen Ablauf in eine "Reihenschaltung" umgewandelt.Figures 1 to 5 show examples of solar energy collectors with a square unit area (approx. 1 m x 1 m) in frontal view (top view), namely Fig.1 and 2 with one or two-flight läander-shaped design, however Fig. 3 and 4 with a spiral layout of the pipelines for the heat transporting Fluid. In the exemplary embodiment according to FIG. 5, instead of the pipelines, meander-shaped lines are used channels intended; for this purpose the "parallel connection" of the channels became a commercially available one Double-walled sheet (for example made of Plexiglas) by alternately milling out the Bar ends and shut-off of the channel end except for an inlet and an outlet in converted to a "series connection".

Das Verhältnis I/U zwischen Kanal- bzw. Rohrlänge L und Umfangslänge U der Kollektor-Einheitsfläche beträgt bei den Ausführungsbeispielen der Fig.1 bis 5 etwa 5:1.The ratio I / U between duct or pipe length L and circumferential length U of the collector unit area is in the exemplary embodiments in FIGS 5 about 5: 1.

Die Abbildung Fig.6, die den Gesamtaufbau des Kollektors nach Fig.5 im Teilschnitt zeigt, läßt die durch das Ausfräsen verkürzten Stege ebenso wie die reduzierte Wanddicke der Kanäle im Bereich des Wärmeüberganges bzw. des Strahlungseintrittes deutlich erkennen. Dabei kann es zweckmäßig sein, die dünne Deckschicht der Kanäle separat zu fertigen und auf die extrudierten offenen Stegprofile zu schweißen oder zu kleben.The figure Fig.6, which shows the overall structure of the collector according to Fig.5 shows in partial section, leaves the shortened webs by the milling as well as the reduced wall thickness of the channels in the area of heat transfer or radiation entry see clearly. It can be useful here to use the thin cover layer of the channels to be manufactured separately and welded to the extruded open web profiles or to glue.

Die Abbildung Fig.7 zeigt den Gesamtaufbau der Kollektoren nach Fig.1 bis 4 im Teilschnitt; in dieser Darstellung ist auch beispielhaft angedeutet, wie die glasklare Deckplatte der Kollektoren zu fixieren ist und wie mit demselben Verbindungselement auch die nebeneinander angeordneten Kollektor-Einheiten mit einander verkoppelt werden können.The figure Fig.7 shows the overall structure of the collectors according to Fig.1 up to 4 in partial section; in this illustration it is also indicated by way of example how the crystal-clear cover plate of the collectors is to be fixed and how with the same connecting element the collector units arranged next to one another are also coupled to one another can be.

Anmerkung: Die Kennzahlen 1 bis 4 in Fig.6 und 7 sind mit denen der Hauptanmeldung identisch.Note: The codes 1 to 4 in Fig. 6 and 7 are the same as those of the Main registration identical.

Die Abbildung Fix.8 stellt beispielhaft Rohrleitungsquerschnitte für das die Wärme transportierende Fluid dar, a) mit ringsum gleicher Wanddicke und b) mit einer im unteren Halbbogen sich stetig vergrößernden Wanddicke. (Das Extrudieren von Kunststoff-Hohlsträngen mit nicht zentralsymmetrischem Querschnitt bietet keinerlei Probleme). Die durch die Ausführung nach Fig.8b erreichte begrenzte Versteifung soll einerseits zwar nicht das bogenförmige Auslegen der Rohrleitungen (Fig.1 bis 4) wesentlich erschweren , andererseits aber die Gesamtstabilität der "Rohrschlangen" verbessern. Außer bei den ringsum glasklaren Rohre leitungen, die an ihrer Unterseite einen schwarzen iußenanstrich haben oder auf einer Unterlage mit schwarzer Oberfläche verlegt werden, kann die Wandverdickung im unteren Halbbogen auch dazu dienen, die konduktiven Wärmeverluste zwischen Leitung und Unterlage zu vermindern. Im gleichen Sinne wirken sich die Dickenunterschiede in den Wänden der Kanäle 4 de s des Ausführungsbeispiels nach Fig.6 aus.The figure Fix.8 shows an example of pipe cross-sections for the heat-transporting fluid, a) with the same wall thickness all around and b) with a wall thickness that increases steadily in the lower half-arch. (The extrusion of hollow plastic strands with a cross-section that is not centrally symmetrical does not offer any Problems). The limited stiffening achieved by the embodiment according to FIG. 8b on the one hand, the curved layout of the pipelines (Fig. 1 to 4) make it much more difficult, but on the other hand the overall stability of the "tube coils" to enhance. Except for the all-round crystal-clear pipes on the underside a black exterior paint have or on a pad with black surface, the wall thickening in the lower half-arch can be laid also serve to reduce the conductive heat losses between the line and the base Reduce. The thickness differences in the walls have the same effect Channels 4 de s of the embodiment according to FIG.

Eine Verminderung der konduktiven Wärmeverluste zwischen der Fluid-Leitung und der Unterlage kann auch durch Installation von sogenannten Wellrohren anstelle von glatten Rohren erreicht werden.A reduction in conductive heat losses between the fluid line and the underlay can also be replaced by installing so-called corrugated pipes can be achieved by smooth tubes.

Wellrohre, deren Wand-Längsschnitt näherungsweise eine Sinuslinie ist, bieten für die einfallende Strahlung gleichzeitig eine größere Aufnahmefläche (Schwarzfläche) bzw. Wärmeübergangsfläche. Sie sind außerdem wesentlich flexibler als vergleichbare Rohre mit glatter Wand; dies ist ein nicht geringer Vorteil für die Verlegung in Bögen mit kleinen Krümmungsradien. Der Mehrpreis solcher Rohre kann daher, vom erreichbaren Nutzen gesehen, durchaus gerechtfertigt sein.Corrugated pipes, the longitudinal section of which is approximately a sine line at the same time offer a larger surface for the incident radiation (Black area) or heat transfer area. They are also much more flexible than comparable pipes with a smooth wall; this is no small advantage for laying in arcs with small radii of curvature. The extra cost of such pipes can therefore, from the point of view of the achievable benefit, be entirely justified.

Die Abbildung Fig;.9 ist die perspektivische Darstellung einer Vorrichtung für das Wickeln von Rohrleitungen nach Art der Fig.3, also für das spiralige auslegen einer quadratischen (oder rechteckigen) Einheitsfläche. Der aus schrägstehenden Streben gebildete Kern der Vorrichtung nach Fig.9 weist eine quadratische Grundfläche und eine wesentlich kleinere kreisförmige Deckfläche ("Kegel-Pyramide") auf. Wenn dieser Kern mit der in den Kollektoren auszulegenden Rohrleitung mehrgängig, vorzugsweise zwei- oder dreigängig abstandslos bewickelt und jeder der einzelnen Wickel nach Abheben von dem Kern flachgedrückt wird, so hängt der Radialabstand 6 der Windungen in der einzelnen Rohrspirale nur von dem Durchmesser d der Leitung sowie der für das Bewickeln des Kerns der Vorrichtung nach Fig.9 gewählten Gangzahl g und von dem Neigungswinkel ex der Kernstreben ab: õ = (g.cos- - 1).d.Figure 9 is a perspective view of a device for the winding of pipelines according to the type of Fig. 3, i.e. for the spiral design a square (or rectangular) unit area. The one from oblique Struts formed core of the device according to Figure 9 has a square base and a much smaller circular top surface ("cone-pyramid"). if this core with the pipeline to be laid out in the collectors is multi-threaded, preferably Two or three turns wound with no gaps and each of the individual laps afterwards Lifting off the core is flattened, the radial spacing 6 of the turns depends in the individual spiral pipe only from the diameter d of the line and that for the winding of the core of the device according to Fig. 9 selected number of turns g and of the angle of inclination ex of the core struts: õ = (g.cos- - 1) .d.

Typische #/d-Werte sind, für g = 2 und g = 3, in der folgenden Tabelle zusammengestellt: 70027' 600 45o 300 costx 0,333 0,500 0,707 0,866 g = 2 o/d - 0 0,414 0,732 g = 3 d/d 0 0,500 1,121 1,598 Die Abbildung Fig.10 zeigt für den Fall einer zweigängigen Bewicklung (g = 2) des Kerns der Vorrichtung nach Fig.9, wie die radialen Windungsabstände der flachgedrückten Einzelspirale sich mit dem Neigungswinkel ci der Streben ändern.Typical # / d values for g = 2 and g = 3 are listed in the following table: 70027 '600 45o 300 costx 0.333 0.500 0.707 0.866 g = 2 o / d - 0 0.414 0.732 g = 3 d / d 0 0.500 1.121 1.598 Figure 10 shows, for the case of a two-thread winding (g = 2) of the core of the device according to Figure 9, how the radial winding distances of the flattened individual spiral change with the angle of inclination ci of the struts.

Das Wickeln und Flachdrücken der Kunststoff-Rohrleitungen kann unmittelbar im Anschluß an das Extrudieren der Leitungen, also unter Ausnutzung der Restwärme des Materials, erfolgen. Es ist aber auch möglich, die vorgefertigten Leitungen von einer Rolle abzuhaspeln und mittels Heißluft oder Gasringbrennern oder ähnlichen bekannten Hilfsmitteln der Kunststoff-Umformtechnik auf die für das Wickeln von Rohrspiralen nach Art der Fig.3 erforderlichen Temperaturen zu erwärmen. Dies gilt sinngemäß auch für das Umformen der Leitungen zu Spiralen nach Art der Fig.4 sowie zu Mäandern nach Art der Fig.1 und S Die für die "Dünnwand-Langrohrt'-Kollektoren nach der Erfindung kennzeichnende Reduktion der notwendigen Anschlüsse, in der Regel auf 2 oder 4 pro Baueinheit, ist aus den Abbildungen Fig.1 bis 5 ohne weiteres zu erkennen. Dabei muß berücksichtigt werden, daß die primär zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades vorgesehene Reduktion der Wanddicken das Verlegen der Rohrleitungen in Mäanderbögen bzw. Spiralen oder ähnlichen Linienführungen mit relativ kleinen Krümmungsradien erst ermöglicht. Diese Art des Verlegens ergibt eine besonders vorteilhafte Nutzung der Kollektorfläche, durch welche der thermische Wirkungsgrad weiter erhöht wird. Das zweigängige Mäander-System nach Fig.2 bietet gegenüber dem eingängigen System nach Fig.1 den Vorteil eines Temperaturausgleichs innerhalb der Kollektorfläche; damit wird ein Verzug des Systems durch Wärmespannungen verhindert oder doch gemindert. Die Rundspirale nach Fig.4 ergibt zwar eine weniger vollständige Flächennutzung als die Quadratspirale nach Fig.3; sie vermeidet aber die bei allzu scharfen Krümmungen entstehende lokale Querschnittsverengung der Rohrleitungen, die zu einer Drosselung oder gar Blokkierung der Fluidströmung führen kann.The winding and flattening of the plastic pipes can be done immediately following the extrusion of the lines, that is, utilizing the residual heat of the material. But it is also possible to use the prefabricated lines unreeled from a roll and using hot air or gas ring burners or similar known tools of plastic forming technology on those for winding To heat pipe spirals according to the type of Fig. 3 required temperatures. this applies mutatis mutandis also for the shaping of the lines into spirals according to the type of FIG. 4 as well to meanders according to the type of Fig.1 and S for the "thin-walled long tube" collectors according to the invention characteristic reduction of the necessary connections, as a rule to 2 or 4 per unit, can be easily seen from Figures 1 to 5 recognize. It must be taken into account that the primary aim is to improve the thermal Reduction of the wall thicknesses provided for the degree of efficiency the laying of the pipelines in meander arcs or spirals or similar lines with relatively small Radii of curvature only made possible. This type of laying results in a particularly advantageous one Use of the collector surface, which further increases the thermal efficiency will. The two-course meander system according to Figure 2 offers compared to the single-course The system according to Figure 1 has the advantage of temperature equalization within the collector surface; this prevents or at least reduces system distortion caused by thermal stresses. The round spiral according to FIG. 4 results in a less complete use of the area as the square spiral according to Figure 3; but it avoids those with too sharp curvatures resulting local cross-sectional constriction of the pipelines, which leads to a throttling or even blockage of the fluid flow.

Bei dem Aufbau der Kollektor-Baueinheiten nach Fig.6 bzw. Fig.7 ist unter einer für Sonnenstrahlung in hohem Maße durchlässigen und gleichzeitig wetterfesten (insbesondere gegen W-Licht unempfindlichen und auch hagelfesten) Deckplatte 2, getrennt durch einen Zwischenraum 3, das Unterteil 1 mit den Fluidkanälen 4 angeordnet, zweckmäßig unterlegt durch eine Wärmedämmplatte 5, die im Falle der Ausführungen nach Fig.1 bis 4 an ihrer Oberseite entsprechend der Leitungsführung profiliert ist. Die Verbindung der Deckplatte 2 mit den hochgezogenen Schultern der Wärmedämmplatte 5 erfolgt bei der Beispielsausführung nach Fig.7 durch ein übergreifendes Schwalbenschwanz-Profil 6 aus elastischem Material. Das Profil 6 kann, bei symmetrischer Ausführung, wie in Fig.7 angedeutet, gleichzeitig zum Verkoppeln benachbarter Kollektor-Baueinheiten in einem Flächenverbund dienen.In the construction of the collector units according to Fig.6 or Fig.7 is under one that is highly permeable to solar radiation and at the same time weatherproof (especially insensitive to UV light and also hail-resistant) cover plate 2, separated by an intermediate space 3, the lower part 1 is arranged with the fluid channels 4, expediently underlaid by a thermal insulation panel 5, which in the case of the executions according to Figure 1 to 4 profiled on their top according to the line routing is. The connection of the cover plate 2 with the raised shoulders of the thermal insulation board 5 takes place in the example embodiment according to FIG. 7 by means of an overlapping dovetail profile 6 made of elastic material. The profile 6 can, with a symmetrical design, such as indicated in Figure 7, at the same time for coupling adjacent collector units serve in a surface system.

Vorzugsweise werden für den Aufbau der Sonnenenergie-Kollektoren nach Fig.6 bzw. Fig.7 nur nicht-metallische Werkstoffe verwendet.Preferably used for building the solar energy collectors Fig. 6 and Fig. 7 only use non-metallic materials.

Einige der hierfür in Betracht kommenden Kunststoffe werden im folgenden, mit Abkürzungen nach DIN 7728, spezifiziert: a) Deckplatte 2, etwa 3 mm dick, aus extrudiertem PMMA (Handelsname "Plexiglas") oder W-stabilisiertem PVC hart.Some of the plastics that can be considered for this purpose are described below, with abbreviations according to DIN 7728, specified: a) Cover plate 2, about 3 mm thick extruded PMMA (trade name "Plexiglas") or W-stabilized PVC hard.

b) Rohrleitungen 1, etwa 9 x 10 mm Durchmesser, aus schwarz eingefärbtem PP oder PC oder Polybuten oder sulfoniertem bzw. vernetztem PE, alternativ aus teilweise oder ringsum glasklaren PMMA, wobei dieses im Balle einer ringsum glasklaren Einstellung an der Unterseite mit einem schwarzen Außenanstrich vergehen wird, sofern nicht die Verlegung auf einer schwarzen Unterlage vorgesehen ißt.b) Pipelines 1, about 9 x 10 mm in diameter, made of black colored PP or PC or polybutene or sulfonated or cross-linked PE, alternatively made of partially or all around crystal clear PMMA, with this in the ball of an all around crystal clear setting on the underside with a black paint on the outside, if not the laying is provided on a black surface.

c) Unterteil für das Ausführungsbeispiel nach Fig.6, vorzugsweise extrudierte Stegdoppelplatte aus einem der unter b) spezifizierten Kunststoffe; (aus PMMA extrudierte Stegdoppelplatten sind nur mit Wanddicken über 1 n handelsüblich).c) Lower part for the embodiment of Figure 6, preferably extruded double-walled sheet made of one of the plastics specified under b); (Double-skin sheets extruded from PMMA are only commercially available with wall thicknesses over 1 n).

Für die praktische Brauchbarkeit sind die Alterungsbeständigkeit im Kontakt mit Fluiden bei Temperaturen bis etwa 90 °C sowie die Begrenzung von Sauerstoff- und Wasserdampf diffusion wesentlich. For practical usefulness are the aging resistance in contact with fluids at temperatures up to about 90 ° C and the limitation of Oxygen and water vapor diffusion is essential.

d) Wärmedämmplatte 5, mit glatter oder profilierter Oberseite, aus Hartschaumstoff mit hoher Witterungsbeständigkeit, Basisteil etwa 10 bis 20 mm dick, vorzugsweise aus PF-Schaumstoff, selbstverlöschend bzw. (mit Bor/Oxalsäure-Katalysator für das Ausschäumen) unbrennbar, Dichte etwa 0,1 g/cm3, Wärmeleitfahigkeit 0,035 kcal/m h E.d) Thermal insulation board 5, with a smooth or profiled top Rigid foam with high weather resistance, base part about 10 to 20 mm thick, preferably made of PF foam, self-extinguishing or (with boron / oxalic acid catalyst for foaming) non-flammable, density about 0.1 g / cm3, thermal conductivity 0.035 kcal / m h E.

e) Verbindungselement 6, extrudiert als Profil, vorzugsweise aus Synthese-Kautschuk mit hoher Beständigkeit gegen UV-Licht und Ozon.e) connecting element 6, extruded as a profile, preferably made of synthetic rubber with high resistance to UV light and ozone.

Richtwerte für die auf den Quadratmeter bezogenen Gewichte der einzelnen Bauelemente können etwa wie folgt angesetzt werden: a) 3,0 kg b) 1,5 kg d) 1,5 kg e) 0,5 kg, insgesamt also 6.5 kg.Guide values for the weights of the individual in relation to the square meter Components can be estimated as follows: a) 3.0 kg b) 1.5 kg d) 1.5 kg e) 0.5 kg, so a total of 6.5 kg.

Im Falle der Ausführung nach Big.6 ist statt b) der Richtwert c) 4,5 kg anzusetzen, insgesamt also 9,5kg. Die Flächengewichte bekannter Sonnenenergie-Kollektoren betragen, soweit bekannt, ein Mehrfaches dieser Werte. Dies gilt auch für die spezifischen Material- und Montagekoaten. Der besonders günstige thermische Wirkungsgrad der Kollektoren nach der Erfindung ist ein weiterer Vorteil.In the case of execution according to Big.6 instead of b) the guide value c) is 4.5 kg, so a total of 9.5kg. The weights per unit area of known solar energy collectors are, as far as known, a multiple of these values. This also applies to the specific Material and assembly coats. The particularly favorable thermal efficiency of the Collectors according to the invention is another advantage.

Zum beanspruchten Umfang der Erfindung gehören auch ßonnenenergie-Kollektoren mit nur ein oder zwei Bluidleitungen bzw. -kasälen aus Kunststoff, bei denen Jeweils Abschnitte der Leitungen bzw.The claimed scope of the invention also includes solar energy collectors with only one or two Bluid pipes or chases made of plastic, each of which Sections of the lines or

Kanäle miteinander durch rittings, vorzugsweise Fittings aus Kunststoff oder Synthese-Kautschuk, verbunden sind. Verbidungselemente in Verlauf einer I*itung, hier vorzugsweise U-flrmige Elemente (sogenannte Rohrkrüer),sind in Jedes Ball von einfacherer Gestalt und einfacher zu installieren als Verbindungselemente zwischen den Enden von Leitungen kleineren Querschnitts und Sammelleitungen größeren Querschnitts.Channels with each other by rittings, preferably fittings made of plastic or synthetic rubber. Connecting elements in the course of a junction, here preferably U-shaped elements (so-called pipe elbows), are in each ball of simpler shape and easier to install than fasteners between the ends of lines with a smaller cross-section and manifolds with a larger cross-section.

Im übrigen kann die Anzahl der Rohrbögen bzw. Fittings (Rohrkrümmer) erheblich vermindert werden, wenn statt einer Einheitsfläche mit etwa gleich langen Kanten (Fig.1,2,3,5) eine Einheitsfläche in Form eines langgestreckten Rechtecks verwendet wird. Diese sollte in jedem Falle, zur Vermeidung höherer Betriebsdrücke, waagerecht angeordnet werden.In addition, the number of pipe bends or fittings (pipe bends) can be significantly reduced if instead of a unit area with approximately the same length Edges (Fig.1,2,3,5) a unit area in the form of an elongated rectangle is used. This should in any case, to avoid higher operating pressures, be arranged horizontally.

Für das Fixieren der Fluidleitungen auf der Unterlage sind beispielsweise schmale Textilbänder zu verwenden. Die Bänder sollten aus schwarzem Material bestehen oder einen Schwarz anstrich haben. Ihre Spannung kann unter wechselnden Temperaturen und Feuchtigkeitswerten durch Einzelfedern oder eine für eine Gruppe von Bändern å jeweils gemeinsame Feder aufrechterhalten werden.For fixing the fluid lines on the base, for example to use narrow textile ribbons. The bands should be made of black material or painted black. Their tension can change under changing temperatures and moisture values by single springs or one for a group of ribbons å each common spring are maintained.

Allgemein ist es zweckmäßig, Sonnenenergie-Kollektoren mit Wasserleitungen aus Kunststoff durch eine einfache Vorrichtung abzusichern, die bei Ausfall der Wasserversorgung aus dem Netz oder bei Ausfall der elektrischen Stromversorgung ein dem Kollektorvolumen angemessenes Wasserreservoir zuschaltet bzw.In general, it is useful to have solar energy collectors with water pipes made of plastic to secure by a simple device, which in the event of failure of the Water supply from the network or if the electrical power supply fails a water reservoir appropriate to the collector volume is switched on or

eine batteriebetriebene Umlaufpumpe einschaitet.A battery-powered circulation pump turns on.

Claims (10)

PatentansprücheClaims System zur Nutzung der Sonnenenergie durch Anwendung des ~-' "Treibhaus-Effektes" nach Anmeldung P 25 10 321.3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Kollektor-Baueinheiten nur mit ein oder zwei Leitungen bzw. Kanälen aus Kunststoff für das die Wärme transportierende Fluid ausgelegt ist, deren Länge nicht kleiner als die Umfangs länge der Einheitsfläche ist, und daß die Wanddicke dieser Leitungen bzw. Kanäle im Bereich des Wärmeüberganges von außen nach innen nicht mehr als 1 mm beträgt.System for using solar energy by applying the ~ - '"greenhouse effect" according to application P 25 10 321.3, characterized in that each of the collector units only with one or two pipes or ducts made of plastic for the heat transporting Fluid is designed, the length of which is not less than the circumferential length of the unit area is, and that the wall thickness of these lines or channels in the area of heat transfer from the outside to the inside is no more than 1 mm. 2) System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Leitungen, deren Wanddicke in den Seitenpartien und/oder in der Basisfläche größer ist als im Bereich des Wärmeüberganges (obere Partie). 2) System according to claim 1, characterized by lines whose Wall thickness in the side parts and / or in the base area is greater than in the area the heat transfer (upper part). 3) System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Kanäle mit einer Deckplatte, deren Dicke kleiner ist als die der Seitenpartien und/oder die der Basisfläche. 3) System according to claim 1, characterized by channels with a Cover plate, the thickness of which is smaller than that of the side parts and / or that of the base surface. 4) System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Leitungen, deren Wand-Längsschnitt eine wellenförmige Doppellinie ist (sogenannte Wellrohre). 4) System according to claim 1, characterized by lines whose Wall longitudinal section is a wavy double line (so-called corrugated pipes). 5) System nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen bzw. Kanäle im ganzen Umfang geschwärzt bzw. durchgehend schwarz eingefärbt sind. 5) System according to claims 1 to 4, characterized in that the entire circumference of the pipes or ducts is blackened or colored black throughout are. 6) System nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen bzw. Kanäle teilweise oder im ganzen Umfang glasklar sind, wobei im Falle einer ringsum glasklaren Einstellung des Wandquerschnittes die Basisfläche schwarz angestrichen oder auf einer Unterlage mit schwarzer Oberfläche angeordnet ist. 6) System according to claims 1 to 4, characterized in that the lines or channels are partially or fully transparent, with im In the case of a clear setting of the wall cross-section all around, the base area Painted black or arranged on a base with a black surface is. 7) System nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch Leitungen, die in der Kollektorfläche bogenförmig mit wechselnder Krümmung (bander) oder durchgehend gleichsinniger Krümmung (Spiralen) ausgelegt sind. 7) System according to claims 1 to 6, characterized by lines, those in the collector surface are arched with alternating curvature (bands) or continuously curvature in the same direction (spirals) are designed. 8) System nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Abschnitte der Fluidleitungen bzw. -kanäle miteinander durch Fittings (Rohrkrümmer) verbunden sind.8) System according to claims 1 to 6, characterized in that Sections of the fluid lines or channels with one another by means of fittings (pipe elbows) are connected. 9) System nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor-Einheitsfläche die Gestalt eines langgestreckten Rechtecks hat. 9) System according to claims 1 to 8, characterized in that the collector unit area has the shape of an elongated rectangle. 10) System nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidleitungen auf ihrer Unterlage durch elastische Bänder bzw. unter Federspannung stehende Bänder gehalten werden.10) System according to claims 1 to 9, characterized in that the fluid lines on their base by elastic bands or under spring tension standing bands are held.